KR20140043038A - Vehicle path estimation method and apparatus, and vehicle steering control method and apparatus - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a method to calculate a vehicle path to avoid obstacles or change a path. The method includes a step of determining a target position to avoid obstacles or change a path based on the current position of a vehicle and a step of calculating a changed temporal or spatial vehicle path by producing intermediate parameters using a steering angle control pattern model extracted from a driving behavior pattern model based on the determined target position.

Description

차량 경로 산출 방법 및 장치, 및 차량 조향 제어 방법 및 장치{vehicle path estimation method and apparatus, and vehicle steering control method and apparatus}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a vehicle path estimation method and apparatus,

본 발명은 자동차의 무인주행에 관한 것으로, 인간의 일반적인 운전 조향 패턴을 활용한 경로설정 알고리즘에 관한 것으로 자동차의 운동학적 제한 조건을 만족시키면서, GPS에 의한 위치정보 등 자동차의 주행중 현재 위치를 알 수 없는 상황에서도 적용가능한 차량 경로 산출 방법 및 장치, 및 차량 조향 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an unmanned traveling of an automobile, and more particularly, to a route setting algorithm that utilizes a general driving steering pattern of a human being. The present invention satisfies the kinematic restriction condition of an automobile, And more particularly, to a method and an apparatus for calculating a vehicle path that can be applied even in the absence of a vehicle.

자동차의 무인주행에 있어서, 현재 자동차의 위치와 방향이 주어진 경로 상의 자세와 차이가 발생할 때, 계획된 경로 상을 따라서 이동하도록 자동차의 조향과 속도를 제어하기 위한 기존의 기술로서 follow the carrot, pure pursuit과 vector pursuit 등이 있다. 하지만, 종래의 기술은 자동차의 매순간 위치를 기반으로 추종점을 계산하여, 조향각을 제어하는 방식으로, 자동차의 현재 위치가 실제와 다르거나 갑작스럽게 장애물이 나타나서, 경로가 새롭게 형성되어야 할 경우에, 급한 선회 제어 조향으로 큰 원심력 발생에 의해 승차자에 불쾌감을 줄 수 있다.
As an existing technique for controlling the steering and the speed of a car so as to move along a planned route when the current position and direction of the vehicle are different from the attitude on the given route in the unmanned traveling of the vehicle, And vector pursuit. However, according to the conventional technology, a follow-up point is calculated based on a momentary position of a vehicle, and the steering angle is controlled. When the current position of the vehicle is different from the actual position or an obstacle appears suddenly, The rider can feel uncomfortable due to the generation of a large centrifugal force by a sudden turning control steering.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 자동차가 주어진 경로 상에서 그 위치가 일정거리 이상으로 벗어난 상태에서 다시 경로 상으로 복귀하면서 주행하고자 하거나 경로 상에 장애물이 나타나서 회피하고자 할 경우, 새로운 경로를 생성하는데 있어서 시간에 따른 조향 각도의 연속성이 보장되면서, 인간 운전 경향을 따름으로써, 승차자에 익숙함과 편안함을 줄 수 있는 차량 경로 산출 방법 및 장치, 및 차량의 조향 제어 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a route guidance system, There is provided a method and apparatus for calculating a vehicle path and a method and an apparatus for controlling the steering of a vehicle that are capable of acquiring familiarity and comfort of the rider by following human tendency while ensuring continuity of the steering angle over time .

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 경로 산출 방법은 차량의 현재 위치를 기반으로 차량이 장애물을 회피하거나 경로를 변경하기 위한 목표 위치를 결정하는 단계 및 상기 결정된 목표 위치를 기반으로 운전 행위 데이터로부터 추출된 조향각 제어 패턴 모델을 이용하여 매개 변수를 산출하여 변경된 공간적 또는 시간적 차량 경로를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a vehicle path calculating method comprising: determining a target position for avoiding an obstacle or changing a path of a vehicle based on a current position of the vehicle; And calculating the changed spatial or temporal vehicle path by calculating the parameter using the steering angle control pattern model extracted from the steering angle control pattern model.

상기 차량 경로 산출 단계는 상기 결정된 목표 위치를 기반으로 연속 곡률인 클로소이드(clothoid) 곡선 - 상기 클로소이드 곡선은 상기 조향각 제어 패턴 모델을 기반으로 형성될 수 있음 - 을 형성하기 위한 매개 변수를 산출하는 단계; 및 상기 매개 변수를 기반으로 상기 변경된 차량 경로를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The vehicle path calculating step may include calculating a parameter for forming a clothoid curve, which is a continuous curvature based on the determined target position, wherein the clothoid curve can be formed based on the steering angle control pattern model Calculating; And calculating the modified vehicle path based on the parameter.

상기 클로소이드 곡선은 상대적으로 급하게 조향을 수행하는 회피 구간 - 회피 구간은 장애물을 회피하는 구간을 의미할 수 있음 - 과 상대적으로 조향의 변화가 서서히 이루어지는 복귀 구간 - 복귀 구간은 장애물 회피 후 원래 경로로 복귀하는 구간을 의미할 수 있음 - 을 포함할 수 있다.The clause curve may be a section for avoiding an obstacle while the avoidance section-avoidance section for performing a relatively hasty steering-and the return section for a relatively steep change of the steering. - < / RTI >

상기 매개 변수 산출 단계는 상기 장애물 회피 또는 경로 변경을 위한 회피 구간 및 복귀 구간을 통해 상기 회피 및 복귀 구간에서의 스티어링(steering) 각도의 최대값 및 상기 회피 및 복귀 구간의 경계점을 상기 매개 변수로 하여 상기 매개 변수의 값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the parameter calculating step calculates the maximum value of the steering angle in the avoidance and return interval and the boundary point of the avoidance and return interval as the parameter through the avoidance interval and the return interval for the obstacle avoidance or path change, And calculating the value of the parameter.

상기 목표 위치는 장애물의 위험 반경과, 차량의 이탈 경로 상에서 차량이 충돌을 방지할 수 있는 위험 반경이 만나는 지점일 수 있다.The target position may be a point at which a danger radius of the obstacle meets a danger radius at which the vehicle can prevent the collision on the departure route of the vehicle.

상기 매개 변수 산출 단계는 변경하고자 하는 경로 상의 연속된 세 점을 잇는 가상의 원을 생성한 후, 상기 결과로부터 곡률 반경(radius of curvature) 및 곡률 변화율(curvature rate)를 획득하는 단계; 및 상기 획득된 곡률 변화율을 차량의 현재 위치에서의 조향 각의 기준값으로 하여 차량의 방향과 상기 가상원의 위치를 고려하여 조향 각을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.The parameter calculation step may include generating a virtual circle connecting three consecutive points on a path to be changed, and obtaining a radius of curvature and a curvature rate from the result; And calculating the steering angle by taking the obtained curvature change rate as a reference value of the steering angle at the current position of the vehicle in consideration of the direction of the vehicle and the position of the virtual circle.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 경로 산출 장치는 차량의 현재 위치를 기반으로 차량이 장애물을 회피하거나 경로를 변경하기 위한 목표 위치를 결정하는 목표 위치 결정부 및 상기 결정된 목표 위치를 기반으로 운전 행위 데이터로부터 추출된 조향각 제어 패턴 모델을 이용하여 매개 변수를 산출하여 변경된 공간적 또는 시간적 차량 경로를 산출하는 경로 산출부를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a vehicle path calculating apparatus including a target position determining unit for determining a target position for avoiding an obstacle or changing a path based on a current position of the vehicle, And a path calculating unit for calculating the changed spatial or temporal vehicle path by calculating the parameters using the steering angle control pattern model extracted from the driving behavior data.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 조향 제어 방법은 차량의 현재 위치를 기반으로 차량이 장애물을 회피하거나 경로를 변경하기 위한 목표 위치를 결정하는 단계, 상기 현재 위치를 초기 위치로 하여 상기 목표 위치를 기반으로 장애물 회피 또는 경로 변경을 위한 변경된 차량 경로를 형성하는 단계 및 차량이 상기 경로를 따라 이동할 수 있도록 조향 각도를 제어하는 단계를 포함하되, 상기 경로 형성 단계는 상기 결정된 목표 위치를 기반으로 운전 행위 데이터로부터 추출된 조향각 제어 패턴 모델을 이용하여 매개 변수를 산출하여 변경된 공간적 또는 시간적 차량 경로를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a vehicle steering control method including: determining a target position for avoiding an obstacle or changing a path based on a current position of the vehicle; Forming a modified vehicle path for obstacle avoidance or path change based on the position and controlling the steering angle so that the vehicle can move along the path, wherein the path forming step is based on the determined target position Calculating a parameter by using the steering angle control pattern model extracted from the driving behavior data, and calculating the changed spatial or temporal vehicle path.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 차량 조향 제어 장치는 차량의 현재 위치를 기반으로 차량이 장애물을 회피하거나 경로를 변경하기 위한 목표 위치를 결정하는 목표 위치 결정부, 상기 현재 위치를 초기 위치로 하여 상기 목표 위치를 기반으로 장애물 회피 또는 경로 변경을 위한 변경된 차량 경로를 형성하는 차량 경로 형성부 및 차량이 상기 경로를 따라 이동할 수 있도록 조향 각도를 제어하는 조향 각도 제어부를 포함하되, 상기 차량 경로 형성부는 상기 결정된 목표 위치를 기반으로 운전 행위 데이터로부터 추출된 조향각 제어 패턴 모델을 이용하여 매개 변수를 산출하여 변경된 공간적 또는 시간적 차량 경로를 산출할 수 있다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a vehicle steering control apparatus including a target position determining unit for determining a target position for avoiding an obstacle or changing a path based on a current position of the vehicle, A vehicle path forming unit for forming a modified vehicle path for obstacle avoidance or path change based on the target position and a steering angle control unit for controlling the steering angle so that the vehicle can move along the path, The controller may calculate the parameter using the steering angle control pattern model extracted from the driving behavior data based on the determined target position to calculate the changed spatial or temporal vehicle path.

본 발명의 차량 경로 산출 방법 및 장치, 및 차량의 조향 제어 방법 및 장치에 따르면, 조향 각도의 매순간 연속성을 보장함으로써, 차량의 동적 관성 및 원심가속력 변화가 최소화될 수 있고, 차량의 위치정보가 불확실한 상태에서도 안정적인 경로 복귀 주행이 가능하며, 인간의 운전 경향을 직접 활용함으로써, 승차자에게 익숙함과 편안함을 제공하는 효과가 있다.
According to the vehicle path calculating method and apparatus and the vehicle steering control method and apparatus of the present invention, by ensuring momentary continuity of the steering angle, the change of the dynamic inertia and centrifugal acceleration of the vehicle can be minimized, It is possible to make stable route returning even in the state, and it is effective to provide the driver with the familiarity and comfort by directly utilizing the driving tendency of the human being.

도 1a 및 1b는 직선도로에서 장애물 회피를 위한 경로 형상의 구간 분류 그림,
도 2는 장애물 회피 경로의 경우 주행거리에 대한 조향각도 변화와 자동차 방향각도의 변화 그림,
도 3은 장애물 회피를 위한 인간운전 조향 패턴을 근사화하여 나타낸 선도와 설정 변수 그림,
도 4는 각 구간(section)에서의 차량의 방향 결과를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 생성된 차량의 경로를 나타낸 도면,
도 6은 설정 변수의 해를 구하기 위한 알고리즘 순서도,
도 7은 장애물의 위험반경 Rmin을 고려한 회피경로 궤적과 목표지점 결정 도면이다.
Figs. 1A and 1B are a sectional view of a path shape for obstacle avoidance on a straight road,
FIG. 2 is a graph showing changes in the steering angle and the vehicle direction angle with respect to the mileage in the case of the obstacle avoidance route,
FIG. 3 is a graph showing an approximate human driving steered pattern for obstacle avoidance,
Fig. 4 is a diagram showing a direction result of the vehicle in each section, Fig.
FIG. 5 is a view showing a route of a vehicle generated according to an embodiment of the present invention;
6 is an algorithm flow chart for obtaining a solution of a set variable,
7 is an avoidance path trajectory and a target point decision diagram considering the danger radius Rmin of the obstacle.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be interpreted in an ideal or overly formal sense unless explicitly defined in the present application Do not.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate the understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same constituent elements in the drawings and redundant explanations for the same constituent elements are omitted.

일반적으로 무인주행을 위한 경로계획과 경로상을 추종하기 위해서 조향제어를 하는 데 있어서, 매 루프 제어시점 순간 차량의 현재 위치정보를 기반으로 목표위치가 설정되면서, 이에 대한 조향각이 계산되고 조향 액츄에이터가 지정 각도로 제어되는 방식이 사용된다. 이러한 실시간 제어각 갱신 방식은 주변 환경에 동적 장애물들이 빈번하거나 차량의 속도가 느리고, 가벼운 차체나 간단한 기구적 구조를 가진 경우에 유용하며, 이와 반대의 경우나 정보처리양이 많아서 컴퓨터 계산처리 부하가 커지는 상황에서는 유용하지 못하다. 즉 일반적인 도로주행의 차량 속도를 고려할 때, 조향각도의 변화가 매순간 부드럽게 변화가 되지 않거나, 갑작스러운 조향각도 변화가 있을 때는 차량의 원심가속력 급상승에 의한 차량전복 위험이 증대되거나 승차자에 급출발/급정거와 같은 충격효과를 줄 수 있어, 불쾌감을 야기하게 된다.Generally, in steering control to follow the path planning and the path image for unmanned driving, the target position is set based on the current position information of each loop control point instantaneous vehicle, the steering angle is calculated, and the steering actuator A method controlled by a specified angle is used. Such a real-time control angle update method is useful in cases where dynamic obstacles are frequent in the surrounding environment, the speed of the vehicle is slow, the vehicle body has a light weight, or a simple mechanical structure. On the other hand, It is not useful in situations where it grows. In other words, when considering the vehicle speed of a general road, when the change of the steering angle does not change smoothly every moment or when the sudden steering angle changes, the danger of the vehicle overturn due to the sudden acceleration of the vehicle is increased or the rider starts / The same shock effect can be given, which causes discomfort.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 전방에 장애물이 있거나, 경로를 변경해야 할 경우에, 차량의 현재 위치를 기준으로 장애물을 회피하거나 경로를 변경하기 위한 최적 목표점을 선정하고, 현재위치를 초기 위치로 하고, 목표지점까지 궤적을 형성한 후, 이 궤적을 따라 이동할 수 있도록 조향 각도를 제어하는 방식을 쓰게 된다. In order to solve such a problem, when an obstacle is present in the forward direction or a route must be changed, an optimum target point for avoiding an obstacle or changing a route is selected based on the current position of the vehicle, , A method of controlling the steering angle so as to move along the locus after forming the locus to the target point is used.

본 발명의 경로계획 알고리즘은 초기에 최종 추종/목표 위치가 정해지면, 이로부터 연속 곡률인 clothoid 곡선을 형성하기 위한 매개변수를 추출하고, 조향각도 측면에서 매순간의 연속적인 조향제어각도 값을 산출하는 알고리즘을 포함한다.In the path planning algorithm of the present invention, when the final follow-up / target position is initially determined, a parameter for forming a clothoid curve, which is a continuous curvature, is extracted and a continuous steering angle value is calculated every moment in terms of the steering angle Algorithm.

자동차의 매순간 현재 위치와 추종위치를 기준으로 하여 조향제어각도를 결정하는 방식이 아니므로, 자동차의 매순간 현재 위치 정보를 필요로 하지 않으며, 따라서, GPS 가 동작하지 않는 지역에서도 경로계획 및 추종이 가능하게 된다. Since it is not a method of determining the steering control angle based on the present position and the tracking position of the car at every moment, it does not require the current position information of the car at every moment, and therefore it is possible to plan and follow the route even in an area where the GPS does not operate .

본 발명의 경로 계획 알고리즘은 인간의 운전 경향을 활용한 경로 설정 및 추종에 의해 승차자에 안정감과 편안함을 줄 수 있는 조향각제어 방식을 포함한다.The path planning algorithm of the present invention includes a steering angle control method that can provide a driver with stability and comfort by setting and following a path that utilizes human driving tendencies.

인간이 운전할 때, 전방에 미지의 장애물을 발견하면, 장애물의 전면만 확인할 수 있고, 전체적인 형상이나 차후의 움직임을 예측하는 것이 어렵다. 따라서, 장애물이 전방에 있는 것을 확인하면, 장애물이 자동차에 근접하는 상대속도를 기준으로, 조향 핸들을 회전시켜, 선회하게 된다.(도 1a의 section 1) 장애물이 무사히 자동차의 모서리에 벗어나 충돌위험에서 벗어나는 것을 확인한 후, 자동차의 방향을 초기의 방향 또는 목적지점의 방향과 일치할 수 있도록 조향 핸들을 다시 복귀시킨다.(도 1a의 section 2) 두 구간으로 나뉘어진 자동차의 경로 형상과 이에 대한 조향각의 주행거리에 대한 변화는 도 2와 같이 나타내어 지며, 이를 근사화하여 도 3과 같이 변수화함으로써, 해를 구할 수 있다. When a human is driving, if an unknown obstacle is found in the front, only the front of the obstacle can be identified, and it is difficult to predict the overall shape or future movement. Therefore, if it is confirmed that the obstacle is at the front, the obstacle comes to rotate by turning the steering wheel based on the relative speed at which the obstacle approaches the automobile (section 1 of FIG. 1A) The steering wheel is returned again so that the direction of the vehicle matches the direction of the initial direction or the destination point (section 2 of FIG. 1A). The path shape of the vehicle divided into two sections and the steering angle The change in the travel distance of the vehicle is expressed as shown in FIG. 2, and the solution can be obtained by approximating it and by parameterizing it as shown in FIG.

도 1a 및 1b는 직선도로에서 장애물 회피를 위한 경로 형상의 구간 분류 그림이고, 도 2는 장애물 회피 경로의 경우 주행거리에 대한 조향 각도 변화와 자동차 방향각도의 변화 그림이다.FIGS. 1A and 1B are diagrams for classifying a route shape for obstacle avoidance in a straight road, and FIG. 2 is a diagram showing a change in steering angle and an automobile direction angle with respect to a mileage in the case of an obstacle avoidance route.

도 1a, 1b 및 도 2를 참조하면, 인간이 운전하는 동안, 전방에 장애물이 발견되었을 때, 장애물과의 상대 거리가 어느 정도 위험하다는 판단이 들 때, 조향을 하기 시작하고, 조향 각도가 연속적으로 증가하게 된다. 차량의 방향이 장애물과 충돌하지 않도록 벗어났다고 판단이 될 때, 조향 각도를 원상태로 복귀시키게 되고, 이때, 차량의 앞바퀴는 뒷바퀴와 평행이 되고, 차량의 방향각도는 일정한 각도를 유지하게 된다. 이후, 직선도로와 같은 상황에서 초기의 직선 방향으로 복귀를 하기 위해서 조향 각도는 초기와 반대방향으로 증가시키게 되고, 이후 차량의 방향각도를 일정하게 유지하기 위해, 조향 각도가 원점으로 복귀하게 된다. 이러한 장애물 회피과정을 회피구간과 복귀구간의 두 구간으로 구분할 수 있고, 각각 section 1 과 section 2 로 표기하여 기술한다.Referring to FIGS. 1A, 1B and 2, when an obstacle is detected in front of a person while he / she is driving, when it is determined that the relative distance to the obstacle is dangerous to some degree, steering starts, . When it is judged that the direction of the vehicle is out of order to avoid collision with the obstacle, the steering angle is returned to the original state. At this time, the front wheel of the vehicle is parallel to the rear wheel, and the direction angle of the vehicle is maintained at a constant angle. Then, in a situation such as a straight road, in order to return to the initial straight line direction, the steering angle is increased in the direction opposite to the initial direction, and then the steering angle returns to the origin in order to keep the direction angle of the vehicle constant. These obstacle avoidance procedures can be divided into two sections, avoidance section and return section, and they are described as section 1 and section 2 respectively.

section 1 과 section 2는 곡률의 변화율의 차이가 있으며, section 1 에서는 인간이 위험을 판단하고, 상대적으로 급하게 조향을 하는 감성적 요인과 관계가 있는 경향을 보이며, 이후 안전하다고 판단 후에 section 2 에서는 상대적으로 조향의 변화가 서서히 이루어짐으로써, 부드럽고 원심력 발생이 적은 경로를 생성하고 있음이 발견된다. Section 1 and section 2 differ in the rate of change of curvature. In section 1, humans tend to judge the risk and relate to emotional factors that are relatively steep in steering. It is found that the steady change of steering produces a smooth, low-centrifugal path.

이러한 조향곡선 경향을 해를 구하는 과정으로 도입하면, 다음 3과 같이 구하고자 하는 변수를 설정할 수 있다.If the steering curve trend is introduced as a solution, it is possible to set the variable to be obtained as shown in the following 3.

이 경우에, 조향각도의 변화가 연속성(continuity)을 보장할 수 있도록 하는 곡선에 대한 개발이 이루어져 왔으며, 다항식 곡선식 방법(polynomials), 유선 곡선 방법 (B-Spline, Cubic-Spline), 삼각함수 곡선 조합 (trigonometric functions) 방법, 클로소이드 곡선 (clothoidal curve) 방법 등이 있다. 이 중에서 클로소이드 곡선 형성 방법은 생성된 곡선이 차량의 방향각 및 차량 조향각 변화와 밀접한 연관을 맺고 있고 궤적과 조향각 변화의 연속성을 보장하는 중요한 특성을 갖고 있어, 주행제어 알고리즘에 시도되어 왔다. 하지만, 클로소이드 방법은 곡률(curvature) 자체에 기반하는 궤적이므로 곡률이 결정된 후에 거리에 따른 방향각(orientation)이 결정되고, 결정된 방향각에 의해 직교 좌표(Cartesian Coordinate) 상의 위치가 결정되는 순방향성(forward definition)이 있다. 주행제어를 위하여 속도가 일정한 조건에서 조향 각도를 변화시켜야 하는 상황에서 이러한 순방향성은 주행제어를 위한 조향 각도 결과값을 계산하여 얻을 수 없는 문제가 있다. 즉, 초기자세(pose)와 목표자세가 설정되고, 목표자세를 이루기까지의 경로와 이에 따른 조향각도가 구해져야 하지만, 분석적(analytic) 방법으로는 해를 구할 수 없다.In this case, a curve has been developed to ensure the continuity of changes in the steering angle, and polynomials, B-Spline, Cubic-Spline, Trigonometric functions, and clothoidal curve methods. Among these, the method of forming the closode curve has been attempted in the driving control algorithm because the generated curve is closely related to the direction angle of the vehicle and the vehicle steering angle change, and has important characteristics to ensure the continuity of the trajectory and the steering angle change. However, since the chloroid method is a trajectory based on the curvature itself, the orientation is determined according to the distance after the curvature is determined, and the position on the Cartesian coordinate is determined by the determined direction angle. There is a forward definition. In a situation where the steering angle must be changed under the condition of constant speed for the running control, this forward direction has a problem that it can not be obtained by calculating the steering angle result value for the running control. That is, the initial position (pose) and the target posture are set, and the route to the target posture and the steering angle corresponding thereto are determined, but the solution can not be obtained by the analytic method.

즉, 다음 식에서 s 는 주행거리를 의미하고, k(s) 는 주행거리에 대한 그 지점에서의 곡률(curvature)을 의미하며, k0와 α는 각각 초기 곡률값과 곡률 변화를 1차식으로 근사화하기 위한 곡률변화율(curvature rate)이다.K (s) is the curvature at that point with respect to the travel distance, k0 and α are the initial curvature values and curvature variations, respectively, Is a curvature rate.

Figure pat00001
Figure pat00001

다음 식에서 θ는 방향각(orientation)을 의미하며, 0 는 초기 방향각이다.In the following equation, &thetas; refers to an orientation, and 0 is an initial direction angle.

Figure pat00002
Figure pat00002

일정 주행거리 s에서의 차량 직교좌표상의 x, y 좌표는 다음 식으로 표현되며,The x, y coordinates on the Cartesian coordinates of the vehicle at the constant driving distance s are expressed by the following equations,

Figure pat00003
Figure pat00003

위 방정식을 역으로 구해서 원하는 k0, α를 분석적으로 풀 수 없다.
The above equation can not be solved analytically by obtaining the desired k0, α.

상기한 문제점을 해결하기 위한 반복수렴해 (iterative solution)와 기하학적 단순화에 의한 근사식(approximation) 방법이 사용되었고, 계산속도와 정확성 간의 비교우위를 통해 적절성을 평가할 수 있다. 반복 수렴해의 방법은 클로소이드 관계식 또는 프레넬(Frenet) 방정식을 반복적 수렴에 의해 해를 찾는 방식이며, 일반적으로 주행중에 경로를 계획해야 하는 실시간성을 보장할 수 없어, 그 사용이 어려운 면이 있어, 기하학적 단순화에 의한 근사적 해를 구하는 방식이 유용할 수 있다.An iterative solution and an approximation method based on geometric simplification are used to solve the above problems, and the appropriateness can be evaluated through a comparative advantage between calculation speed and accuracy. The method of iterative convergence is to find the solution by the iterative convergence of the clause or Frenet equations. In general, it is not possible to guarantee the real time that the path should be planned while driving, , A method of finding an approximate solution by geometric simplification may be useful.

따라서 본 발명에서는 이를 풀기 위한 근사적 해 방식에 해당하며, 기하학적 단순화를 하는 데 있어서, 인간운전 경향을 활용한 것이 특징이다.Therefore, the present invention corresponds to an approximate solution method for solving this problem, and is characterized in that human driving tendency is utilized in geometric simplification.

본 발명에서는 사람의 주행 패턴을 분석하여 이를 차량의 경로 생성에 적용하였다. 사람의 주행 패턴 분석 결과는 다음과 같다. In the present invention, a traveling pattern of a person is analyzed and applied to a route generation of a vehicle. The results of the analysis of human driving pattern are as follows.

운전하는 동안 운전석에 앉은 사람은 위에서 바라본 장애물 또는 장애물의 움직임에 대한 정보를 모두 알 수는 없으며, 사람은 단지 제한된 영역과 정면을 바라볼 뿐이다. 사람이 정면에 있는 장애물을 검출하였을 때, 사람은 장애물과 장애물을 지나갈 수 있는 길에 집중하면서 왼쪽 또는 오른쪽으로 차량의 방향을 바꿀 준비를 한다. 차량의 속도가 증가할수록 운전자의 장애물에 대한 감각은 점점 예민해진다. 따라서, 사람은 안전에 대한 반응성이 증가하여 좀 더 일찍 방향을 전환하거나 속도를 줄인다. 사람이 차량의 방향을 전환하는 동안 원심 가속도는 사람에게 가해지고 이 힘은 곡률과 속도의 제곱에 비례한다. 이런 운전 경험으로부터 운전자는 곡률을 최소화하려는 경향이 있으며, 이는 다음과 같은 식으로 공식화할 수 있다.The person sitting in the driver's seat while driving does not know all the information about the obstacle or obstacle movement as viewed from above, and the person only looks at the limited area and front. When a person detects an obstacle in the front, the person prepares to change the direction of the vehicle to the left or right, concentrating on the path through which obstacles and obstacles can pass. As the vehicle speed increases, the driver's sense of obstacles becomes more and more sensitive. Thus, people are more responsive to safety, switching or slowing down earlier. Centrifugal acceleration is applied to a person as a person changes direction of the vehicle, and this force is proportional to the square of the curvature and velocity. From this driving experience, the driver tends to minimize curvature, which can be formulated as:

Figure pat00004
Figure pat00004

또한, 장애물을 지나칠 때, 운전자는 안전하게 조향할 수 있는 각도를 증가시키기 위해 정면도로의 빈 공간을 보면서 장애물의 움직임에 집중한다. 장애물과 평행하게 도달할 때까지, 총 회전한 조향 각도는 차량의 방향 변화에 영향을 미친다.Also, when passing an obstacle, the driver focuses on the movement of the obstacle while viewing the empty space of the front road to increase the angle at which it can steer safely. Until it reaches parallel with the obstacle, the total turning steering angle affects the directional change of the vehicle.

앞에서 언급한 결과를 바탕으로 장애물 회피 경로는 다음과 같은 접근 방법으로 생성하였다. 장애물 회피를 위한 lane change를 수행하여 lane change가 완료된 후, 다시 원래의 경로로 복귀해야 한다. 이 때, 경로 복귀점과 복귀 지점의 방향, 즉 pose는 경로 이탈 과정에서의 양 끝점 절대 거리를 가상원으로 설정하고, 원주상의 점으로 복귀점을 정하는 것이 available 한 solution 이 될 수 있다. 즉, 다음 그림과 같이 경로가 대칭형이 아니더라도 주행거리 관점에서 복귀점을 결정한 후, 이에 따른 symmetric clothoid path 를 형성할 수 있다.Based on the results mentioned above, the obstacle avoidance path is generated by the following approach. After the lane change is completed by performing lane change for obstacle avoidance, it should return to the original path again. In this case, the direction of the path return point and the return point, that is, pose, can be an available solution by setting the absolute end distance between the end points in the path deviation process as an imaginary circle and defining a return point as a circumferential point. That is, even if the path is not symmetrical as shown in the following figure, the return point can be determined from the viewpoint of the mileage, and then the symmetric clothoid path can be formed.

그 식은 다음과 같다.The equation is as follows.

Figure pat00005
Figure pat00005

따라서, steering control angle 산정을 다음과 같이 경로 상의 연속된 세 points를 고려하고, 이 점들을 잇는 가상의 원을 생성한 후, 이 결과로부터, radius of curvature 와 curvature rate을 얻는다.Therefore, we consider three consecutive points on the path, generate a virtual circle connecting these points, and then obtain the radius of curvature and curvature rate from the result.

얻어진 curvature rate는 현재 vehicle 의 position에서의 steering control angle 기준값이 되며, vehicle의 orientation 과 가상원의 중심점의 위치를 고려하여, 다음과 같은 steering control angle 계산식이 얻어질 수 있다. The obtained curvature rate is the reference value of the steering control angle at the current vehicle position, and the following steering control angle formula can be obtained in consideration of the orientation of the vehicle and the position of the center point of the imaginary circle .

Figure pat00006
Figure pat00006

도 3은 상기 식을 바탕으로 조향 각을 모델링한 결과이다. 도 3은 장애물 회피를 위한 인간운전 조향 패턴을 근사화하여 나타낸 선도와 설정 변수 그림이다. 위 조향 곡선 형태를 기하학적으로 근사화하고, 다음과 같은 과정에 의해 각 해를 구하게 된다. FIG. 3 shows the result of modeling the steering angle based on the above equation. FIG. 3 is a diagram showing a line and a set variable that approximates a human driving steering pattern for avoiding an obstacle. The geometric approximation of the steepest curve shape is obtained and each solution is obtained by the following procedure.

각 구간(section)에서의 차량의 방향 결과는 도 4와 같다. 이를 통해 생성된 차량의 경로는 도 5와 같다. The result of the direction of the vehicle in each section is shown in Fig. The path of the generated vehicle is shown in Fig.

도 6은 설정 변수의 해를 구하기 위한 알고리즘 순서도이고, 도 7은 장애물의 위험반경 Rmin을 고려한 회피 경로 궤적과 목표지점 결정 도면이다.
FIG. 6 is an algorithm flow chart for obtaining a solution of a set variable, and FIG. 7 is a avoidance path trajectory and a target point decision diagram considering a danger radius R min of an obstacle.

이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions as defined by the following claims It will be understood that various modifications and changes may be made thereto without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (9)

차량의 현재 위치를 기반으로 차량이 장애물을 회피하거나 경로를 변경하기 위한 목표 위치를 결정하는 단계; 및
상기 결정된 목표 위치를 기반으로 운전 행위 데이터로부터 추출된 조향각 제어 패턴 모델을 이용하여 매개 변수를 산출하여 변경된 공간적 또는 시간적 차량 경로를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장애물 회피 또는 경로 변경을 위한 차량 경로 산출 방법.
Determining a target position for avoiding an obstacle or changing a route based on the current position of the vehicle; And
And calculating a changed spatial or temporal vehicle path by calculating a parameter using the steering angle control pattern model extracted from the driving behavior data based on the determined target position. Path calculation method.
제 1 항에 있어서, 상기 차량 경로 산출 단계는
상기 결정된 목표 위치를 기반으로 연속 곡률인 클로소이드(clothoid) 곡선 - 상기 클로소이드 곡선은 상기 조향각 제어 패턴 모델을 기반으로 형성될 수 있음 - 을 형성하기 위한 매개 변수를 산출하는 단계; 및
상기 매개 변수를 기반으로 상기 변경된 차량 경로를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장애물 회피 또는 경로 변경을 위한 차량 경로 산출 방법.
The method according to claim 1, wherein the vehicle path calculating step
Calculating a parameter for forming a clothoid curve that is a continuous curvature based on the determined target position, the clothoid curve being formed based on the steering angle control pattern model; And
And calculating the modified vehicle path based on the parameter. ≪ RTI ID = 0.0 > [10] < / RTI >
제 2 항에 있어서,
상기 클로소이드 곡선은 상대적으로 급하게 조향을 수행하는 회피 구간 - 회피 구간은 장애물을 회피하는 구간을 의미할 수 있음 - 과 상대적으로 조향의 변화가 서서히 이루어지는 복귀 구간 - 복귀 구간은 장애물 회피 후 원래 경로로 복귀하는 구간을 의미할 수 있음 - 을 포함하는 것을 특징으로 하는 장애물 회피 또는 경로 변경을 위한 차량 경로 산출 방법.
3. The method of claim 2,
The clause curve may be a section for avoiding an obstacle while the avoidance section-avoidance section for performing a relatively hasty steering-and the return section for a relatively steep change of the steering. And the vehicle path may be a period during which the obstacle avoidance or route change is detected.
제 2 항에 있어서, 상기 매개 변수 산출 단계는
상기 장애물 회피 또는 경로 변경을 위한 회피 구간 및 복귀 구간을 통해 상기 회피 및 복귀 구간에서의 스티어링(steering) 각도의 최대값 및 상기 회피 및 복귀 구간의 경계점을 상기 매개 변수로 하여 상기 매개 변수의 값을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장애물 회피 또는 경로 변경을 위한 차량 경로 산출 방법.
3. The method according to claim 2, wherein the parameter calculating step
The maximum value of the steering angle in the avoidance and return interval and the boundary point of the avoidance and return interval are set as the parameters and the value of the parameter is set as the parameter through the avoidance interval and the return interval for obstacle avoidance or path change And calculating a vehicle path for obstacle avoidance or path change.
제 2 항에 있어서,
상기 목표 위치는 장애물의 위험 반경과, 차량의 이탈 경로 상에서 차량이 충돌을 방지할 수 있는 위험 반경이 만나는 지점인 것을 특징으로 하는 장애물 회피 또는 경로 변경을 위한 차량 경로 산출 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the target position is a point at which a danger radius of an obstacle and a risk radius at which a vehicle collides against a departure route of the vehicle meet.
제 1 항에 있어서, 상기 매개 변수 산출 단계는,
변경하고자 하는 경로 상의 연속된 세 점을 잇는 가상의 원을 생성한 후, 상기 결과로부터 곡률 반경(radius of curvature) 및 곡률 변화율(curvature rate)를 획득하는 단계; 및
상기 획득된 곡률 변화율을 차량의 현재 위치에서의 조향 각의 기준값으로 하여 차량의 방향과 상기 가상원의 위치를 고려하여 조향 각을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장애물 회피 또는 경로 변경을 위한 차량 경로 산출 방법.
The method according to claim 1,
Obtaining a radius of curvature and a curvature rate from the result after creating a virtual circle connecting three consecutive points on a path to be changed; And
And calculating the steering angle by taking the obtained curvature change rate as a reference value of the steering angle at the current position of the vehicle in consideration of the direction of the vehicle and the position of the virtual circle. Vehicle Path Calculation Method.
차량의 현재 위치를 기반으로 차량이 장애물을 회피하거나 경로를 변경하기 위한 목표 위치를 결정하는 목표 위치 결정부; 및
상기 결정된 목표 위치를 기반으로 운전 행위 데이터로부터 추출된 조향각 제어 패턴 모델을 이용하여 매개 변수를 산출하여 변경된 공간적 또는 시간적 차량 경로를 산출하는 경로 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장애물 회피 또는 경로 변경을 위한 차량 경로 산출 장치.
A target position determining unit for determining a target position for avoiding an obstacle or changing a path of the vehicle based on the current position of the vehicle; And
And a path calculating unit for calculating a changed spatial or temporal vehicle path by calculating a parameter using the steering angle control pattern model extracted from the driving behavior data based on the determined target position. Vehicle path calculating device.
차량의 현재 위치를 기반으로 차량이 장애물을 회피하거나 경로를 변경하기 위한 목표 위치를 결정하는 단계;
상기 현재 위치를 초기 위치로 하여 상기 목표 위치를 기반으로 장애물 회피 또는 경로 변경을 위한 변경된 차량 궤적을 형성하는 단계; 및
차량이 상기 궤적을 따라 이동할 수 있도록 조향 각도를 제어하는 단계를 포함하되, 상기 궤적 형성 단계는
상기 결정된 목표 위치를 기반으로 운전 행위 데이터로부터 추출된 조향각 제어 패턴 모델을 이용하여 매개 변수를 산출하여 변경된 공간적 또는 시간적 차량 경로를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 조향 제어 방법.
Determining a target position for avoiding an obstacle or changing a route based on the current position of the vehicle;
Forming an altered vehicle locus for obstacle avoidance or path change based on the target position with the current position as an initial position; And
Controlling the steering angle so that the vehicle can move along the locus, wherein the locus forming step
And calculating a changed spatial or temporal vehicle path by calculating a parameter using the steering angle control pattern model extracted from the driving behavior data based on the determined target position.
차량의 현재 위치를 기반으로 차량이 장애물을 회피하거나 경로를 변경하기 위한 목표 위치를 결정하는 목표 위치 결정부;
상기 현재 위치를 초기 위치로 하여 상기 목표 위치를 기반으로 장애물 회피 또는 경로 변경을 위한 변경된 차량 궤적을 형성하는 차량 궤적 생성부; 및
차량이 상기 궤적을 따라 이동할 수 있도록 조향 각도를 제어하는 조향 각도 제어부를 포함하되, 상기 차량 궤적 형성부는
상기 결정된 목표 위치를 기반으로 운전 행위 데이터로부터 추출된 조향각 제어 패턴 모델을 이용하여 매개 변수를 산출하여 변경된 공간적 또는 시간적 차량 경로를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량 조향 제어 장치.
A target position determining unit for determining a target position for avoiding an obstacle or changing a path of the vehicle based on the current position of the vehicle;
A vehicle locus generator for generating a modified vehicle locus for obstacle avoidance or route change based on the target position with the current position as an initial position; And
And a steering angle control unit for controlling the steering angle so that the vehicle can move along the locus, wherein the vehicle locus forming unit
And calculates the changed spatial or temporal vehicle path by calculating parameters using the steering angle control pattern model extracted from the driving behavior data based on the determined target position.
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